TWI353669B - A light wiring substrate and method for manufactur - Google Patents

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1353669 « ? 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種光配線基板及光配線基板之製造方法。 【先前技術】 近年來，由於個人電腦記憶裝置之大容量化等因素，故 非常需要高速之訊號處理。因此，出現一種能以光進行訊 • 號通信的光配線基板。有關該光配線基板，例如有一種揭 . 示於專利文獻1之光電子積體電路裝置。該光電子積體電 φ 路裝置，係具備形成有電路、發I元件、及光檢測元件之 光電子積體電路基艰，以及形成有光波導路之光配線基 板。光配線基板係形成有與發光元件或光檢測元件對應的 傾斜面，光波導路之端部係位於該傾斜面。再者，傾斜面 形成有反射膜，用以反射光電子積體電路基板之光耦合用 光。 專利文獻1 :日本特開平5-67770號公報 【發明說明】 φ 發明之揭示 發明所欲解決之枝術問顆 然而，於上述專利文獻1所揭示的光電子積體電路裝置 中，於光配線基«之傾斜面間之凸部配置有光電子積體電 路。因此，爲了使由發光元件所射出的光在反射面反射並 導入光波導路，或者使由光波導路所射出的光在反射面反 射並導入光檢測元件，係有必要以高精度將光電子積體電 路對光配線基板加以定位。然而，上述專利文獻1並未提 到因應高精度定位之方法，而有定位非常費時費力的問題。 1353669 因此，本發明之課題在於提供一種能使發光元件或光檢 測元件與光波導路間之定位容易進行的光配線基板。 解決問題之枝術手段 解決上述問題之本發明之光配線基板，係具有基板、光 波導路、複數個基部構件、光元件、貫通電極及反射面； 該基板，形成有複數個凹部；光波導路，形成於基板，並 ' 配置於複數個凹部彼此間；該基部構件具有插入部及支撐 ♦ 部’該插入部形成有傾斜面，用來插入凹部，該支撐部， # 用來支撐插入凹部的插入部；該光元件，安裝於基部構件 之插入部，並配置於基板凹部之內側：該貫通電極，用來 貫穿基部構件中之安裝有光元件的面、及該面相反側的 面；該反射面，形成於插入部之傾斜面，用來反射通過光 波導路與光元件間光路的光；且將傾斜面之傾斜角度調整 成使光波導路與光元件間之光路一致的角度並藉由將基部 構件之插入部插入凹部而使反射面與光波導路定位。 本發明之光配線基板中，係藉由將安裝有光元件的i部 φ 構件之插入部插入形成於基板的凹部，來使形成於插入部 的反射面與形成於基板的光波導路定位。因此，可正確且 容易地進行光波導路與安裝於基部構件之反射面的定位， 光波導路及光檢測元件能正確而容易地進行與發光元件等 光元件之定位。 在此，配置於光波導路一端側凹部的光元件可爲發光元 件，而配置於光波導路另一端側凹部的光元件可爲光檢測 元件。 如上述’於光波導路之一端側設置發光元件，於另一端 1353669 i β 側設置光檢測元件’依此係能容易進行光訊號之輸入輸出。 又’亦可於一處凹部設置作爲光元件之發光元件及光檢 測元件》 藉由在一處凹部設置有發光元件及光檢測元件，故能與 設置於其他凹部之發光元件及光檢測元件進行通訊處理^ 再者，亦可爲透過配線基板而將光元件搭載於基部構件 • 之態樣。 ， 如此，藉由光元件係透過光元件用配線基板而被搭載於 # 基部構件之態樣，故例如，可藉設於配線基板之配線來連 接設於1處凹部之複數個光元件。 再者’亦可爲將光元件直接搭載於基部構件之態樣。 由於將光元件直接搭載於基部構件，故能有效活用凹部 內之空間。 又，基部構件亦可爲矽基板之態樣。 在基部構件方面，係可適當使用矽基板。 再者，傾斜面可爲藉非等向性蝕刻來形成之態樣。 φ 由於以矽基板爲基部構件，且藉非等向性蝕刻來形成傾 斜面，故能精度佳地形成傾斜面。 又，自俯視凹部的方向所見的插入部及凹部之形狀亦可 爲多角形。 由於自俯視凹部之方向所見的插入部及凹部之形狀呈 多角形，故能形成許多反射面。因此，能增加基板凹部配 置之變化。 另一方面，解決上述課題的本發明光配線基板之製造方 法，係包含如下：於基板形成光波導路之工程；於基板上 1353669 4 ， 之該波導路上形成複數個凹部之工程；製造複數個基部構 件’該基部構件具有插入部及支撐部，該插入部形成有傾 斜面’用來插入凹部’該傾斜面之傾斜角度使光波導路與 光元件間之光路一致’該支撐部被基板之表面支撐，用來 支撐插入凹部之插入部：於傾斜面形成反射面；設置貫通 電極’該貫通電極用來貫穿基部構件之安裝有光元件之 * 面、及該面相反側之面；將配置於基板凹部之光元件安裝 • 於基部構件之插入部：將基部構件之插入部插入凹部，來 # 將反射面與光波導路加以定位。 本發明之光配線基板之製造方法中，是將安裝有光元件 之基部構件之插入部插入形成於基板的凹部，來使形成於 插入部的反射面與形成於基板的光波導路定位。因此，能 正確而容易進行光波導路與安裝於基部構件之反射面的定 位’光波導路及光檢測元件則能正確而容易地進行與發光 元件等光元件之定位。 在此，基部構件，亦可爲將有複數個基部構件連續的基 # 部構件母材加以形成後切割基部構件母材而成。 由於如上述般形成基部構件，故能容易製造複數個基部 構件。 又，基部構件之傾斜面亦可藉非等向性蝕刻來形成。 由於藉非等向性蝕刻來形成基部構件之傾斜面，故能形 成傾斜角度精度高的傾斜面。 發明之功效 若利用本發明，便能提供一種使發光元件或光檢測元件 與光波導路之定位容易進行的光配線基板。 1353669 # 【實施方式】 用以實施發明之最佳形熊 以下’參照圖式說明適合本發明之實施形態。又，各實 施形態中，具有同一機能的部分附上同一符號，省略重複 的說明。 第1圖，係本發明實施形態之光配線基板要部之槪略立 • 體圖，第2圖’係該要部槪略之側視剖面圖，第3圖，係 • 光配線基板整體之俯視圖，第4圖，係光配線基板整體之 _ 透視圖。 如第1圖及第2圖所示，本實施形態之光配線基板1， 係具備基板10、基部構件20、受發光構件30、及大型積體 電路（Large Scale Integrated circuit:以下稱爲「LSI」）40。 基板（光波導路基板）1 Ο，例如爲矽基板，基板1 0之表 面，如第3圖所示形成有低速控制訊號/電源用之金屬化 圖案11。基板10之表面形成有複數個凹部12。凹部12之 個數在本實施形態有3個，各凹部12位於^屬化圖案11 φ 元件側端部之附近。每個凹部12內均用來容納基部構件20 之一部分（插入部22)及受發光構件30。該凹部12例如是由 反應性離子餓刻’（RIE:Reactive Ion Etching)形成。 又，第4圖，係與基板10之主表面平行的平面，以透 視的方式顯示自該主表面切割光波導路13通過之位置後 所產生的基板截面。在基板10之內部，如第4圖之透視圖 所示，將具有配線機能的複數個光波導路13配置成連接凹 部12彼此。光波導路13例如是由聚醯亞胺（polyimide)形 1353669 成。凹部12,係俯視凹部12之方向呈方形，每個方形之與 各邊對應之面分別連接有光波導路13。 基部構件20，例如爲矽基板，具有支撐部21及插入部 22。支.撐部21，如第5圖及第6圖所示，是俯視凹部12 之方向所見的面比凹部12更大的方形，且呈板狀，支撐部 2 1之下面側設有插入部2 2。又，下面側係指凹部1 2側。 ' 又，支撐部21之上面形成有金屬化圖案23。金屬化圖案 • 23，具備1C接合墊23A及打線（wire bonding )接合墊23B， Φ 又具備將兩者做電路上連接的圖案配線23C。打線接合墊 23B，藉第2圖所示之接合線W在電路上與形成於基板1〇 之金屬化圖案11連接。 另一方面，插入部22，係呈四角錐台形狀，角錐台底面 是比支撐部21之表面之方形還小的方形，插入部22之外 周面則構成第1傾斜面24及第2傾斜面25。基部構件20 之插入部22,係由非等向性蝕刻所形成。因此，傾斜面24,25 之傾斜角度是以良好精度形成。基部構件20之製造順序將 φ 在更後面說明。 又’構成與支撐部21交界處的插入部22之上面之面 積，係比形成於基板10之凹部12之開口端之面積還大一 點或大致相同，插入部22下面之面積，則比凹部12開口 端之面積還小。自俯視凹部12之方向所見的插入部22及 凹部1 2之形狀，係如上述般作成多角形，在本實施形態爲 方形。 第1傾斜面24之表面包覆有發送光反射構件而形成發 送光反射面26’第2傾斜面25之表面包覆有接収光反射構 -10- 1353669 t 件而形成接収光反射面27»第1傾斜面24如第5(b)圖所示 相對支撐部21與插入部22之界面成45。之傾斜角度0 1 , 第2傾斜面25如第6(b)圖所示相對支撐部21與插入部22 之界面成35.3。之傾斜角度0 2。反射面26,27均例如由鋁蒸 鍍膜所形成。 再者，第2圖及第6圖所示，支撐部21及插入部22設 _ 有光二極體連接用貫通電極28及雷射連接用貫通電極 • 該等電極貫穿支撐部21上面至該面相反側之面亦即插 • 入部22下面之間。光二極體連接用貫通電極28,係配置於 插入部22俯視呈方形之側部，雷射連接用貫通電極29則 配置於該方形之中央部。 如第7(a)圖所示，受發光構件30具有作爲2個光檢測 元件之光二極體陣列3 1, 3 2及作爲發光元件之雷射二極體 陣列3 3。該等光二極體陣列3 1 , 3 2及雷射二極體陣列3 3分 別直接安裝於基部構件20。雷射二極體陣列33中之雷射二 極體是使用垂直腔面發光型半導體雷射（VCSEL:Vertical • Cavity Surface Emitting Laser)。 第1光二極體陣列31設有複數個（本實施形態中爲5個） 光檢測部（光感應部）34，各光檢測部34在電路上分別連接 於陽極電極3 5。各光檢測部34在俯視之狀態下配置於基部 構件20插入部22之接収光反射面27之正下方。第1光二 極體陣列31設有3個陰極電極36。 第2光二極體陣列32具有與第1光二極體陣列31同樣 之構成，並具備5個光檢測部34、和在電路上與該光檢測 部34連接之陽極電極35、及陰極電極36。 -11 - 1353669 * « 雷射二極體陣列3 3設有複數個（本實施形態中爲1 〇個） 發光部37，各發光部37連接於陽極電極38。各發光部37 在俯視之狀態下配置於基部構件20插入部22之發送光反 射面26之正下方。再者，雷射二極體陣列33設有8個陰 極電極39 ° 如第7(b)圖所示，該等光二極體陣列31，32及雷射二極 . 體陣列3 3，藉覆晶接合之方式直接搭載於基部構件2 0之插 . 入部22。如此—來’光二極體陣列31,32之陽極電極35及 φ 陰極電極36便在電路上連接於基部構件20之光二極體連 接用貫通電極28°又’雷射二極體陣列33之陽極電極38 及陰極電極39分別連接於基部構件20之雷射連接用貫通 電極29。 因此，受發光構件3 0，其周圍配置有光檢測部3 4及發 光部37，中央部配置有電極35,36,38,39。如此一來，能於 光檢測部34與接収光反射面27之間' 發光部37與發送光 反射面2 6之間形成光路。又，反射面之傾斜角度0 1，0 2 φ 已調整至使光波導路13與設於受發光構件30之光檢測部 34的光路、及光波導路13與發光部37之光路一致的角度。 如第8(a)圖所示，LSI40具備設於表面側之光二極體連 接用墊41及雷射連接用墊42。又，LSI40之表面側沿周圍 設有低速控制訊號/電源端子用之接合墊43。又，設有未 圖示之處理回路。 如第8(b)圖所示，LSI40藉覆晶接合之方式安裝於基部 構件20之支撐部21之上面。LS140之光二極體連接用墊 41則在電路上連接於基部構件20之光二極體連接用貫通 -12- 1353669 電極28°又’雷射連接用墊42連接於基部構件2〇之雷射 連接用貫通電極29(參照第2圖）。 由於設有該等貫通電極2 8,29，故能以非常短的距離、 且在不必使配線到處轉之下將LSI40、與光二極體陣列 3 1，32、雷射二極體陣列33加以連接。因爲基部構件20係 使用矽基板’故能容易設置貫通電極28,29。 • 在光配線基板1，於基板10之凹部12插入基部構件20 • 之插入部22及安裝於插入部22之受發光構件30，受發光 Φ 構件3 0則配置於凹部12之內側。又，於凹部1 2插入基部 構件20之插入部22，故能將形成於插入部22之反射面 26,27與光波導路13容易地定位。 又’安裝於基部構件20插入部22之光二極體陣列31,32 及雷射二極體陣列33’係與基部構件2〇之定位精度佳。因 此’自光波導路13往凹部12射出的光，係在接収光反射 面27反射並精度佳地射入光二極體陣列3丨，32之光檢測部 34。又’自雷射二極體陣列33之發光部37射出的光，係 φ 在發送光反射面26反射並精度佳地射入光波導路13(參照 第2圖）。 其次’就本實施形態之光配線基板之製造方法加以說 明。首先’就基部構件20之製造方法加以說明。第9圖， 係顯示基部構件製程之工程圖。 首先，準備比通常使用的還厚的板狀矽基板，自矽基板 之表面進行非等向性蝕刻，來製造第9(a)圖所示之基部構 件母材50。於基部構件母材50交替形成有複數個凸部51 及凹部52。於該基部構件母材50之凸部51形成貫穿其表 -13- 1353669 面及背面的貫通電極53。又’於背面側形成既定之配線圖 案54。 其次’於基部構件母材50凸部51之傾斜面以外的面， 亦即凸部51之頂面及凹部52之上面加上遮罩，進行鋁蒸 鍍。如第9(b)圖所示，藉該鋁蒸鍍來於凸部51之傾斜面形 成反射面5 5。 • 接著，如第9(c)圖所示’於複數個凸部51之各頂面藉 • 覆晶接合之方式安裝受發光構件30。受發光構件30是安裝 • 第7圖所示之構件，該構件之外觀已經過簡化。安裝受發 光構件30後’於鄰接之凸部51彼此間之中央設定分割線 5 6 ° 設疋分割線5 6後’藉鑽石刀片（d i c i n g b 1 a d e)沿該分割線 5 6切割基部構件母材5 0。以此方式切割基部構件母材5 0， 來製造安裝有受發光構件30之基部構件20。 以此方式製造出之基部構件20中，基部構件母材50之 凸部51成爲基部構件20 '之插入部22，基部構件母材50 φ 之凹部成爲基部構件20之支撐部21。又，反射面55中位 於光檢測部34(第7圖）上方的面成爲接収光反射面27，位 於發光部37上方的面成爲發送光反射面26。 其次，就基板10之製造順序加以說明。第10圖，係顯 示基板製程的工程圖。 首先，準備比通常使用的還厚的板狀矽基板所構成之基 板母材，如第10(a)圖所示，於基板母材57之表面形成光 波導路13。光波導路13例如由聚醯亞胺製造。光波導路 13以輪廓爲第4圖所示之形狀來製造，在此階段，形成有 -14- 1353669 凹部12之位置亦事先形成光波導路13。 形成光波導路13後，如第10(b)圖所示，於基板 之表面之光波導路上形成既定之金屬化圖案11。該 圖案11形成第3圖所示的形狀。於基板母材57形 化圖案1 1後，如第10(c)圖所示，藉反應性離子蝕 板母材57與光波導路13 —起蝕刻而形成複數個凹 • 因此，凹部12以與波導路13連接之方式形成，並 . 個凹部12之間形成光波導路13»藉此方式製造基ί φ 再者’就基板1 〇與基部構件20之組裝加以說明 圖顯示基板與基部構件組裝順序的工程圖。 如第11(a)圖所示，面向基板1〇之複數個凹部κ 入基部構件20之插入部22及搭載於插入部22之受 件30(圖中元件符號爲31)。當插入基部構件20之 22及受發光構件30(圖中元件符號爲31)時，如第 所示’基部構件20之支撐部21抵接於基扳10之表 時，基部構件20之支撐部21與插入部22之交界處 φ 基板10之凹部12之角部。 在此’基部構件20之插入部22，係藉非等向性 商精度形成。因此’基部構件20之支撐部21與插 之交界處抵接於凹部12之角部，使基部構件20與 以高精度定位。結果’能將設於基板1〇之光波導g 設於基部構件20之插入部22的反射面26,27以高 位’並能將光波導路1 3與光檢測部3 4 '及光波導5 發光部37以高精度定位。 在此’若構成與支撐部21之交界處的插入部22 母材57 金屬化 成金屬 刻將基 部12 » 於複數 反10 ° 。第1 1 分別插 發光構 插入部 1 1(b)圖 面。此 抵接於 蝕刻以 入部22 基板10 各13及 精度定 洛13與 之上面 -15- 1353669 « · 比凹部12開口部更大，插入部22便不會完全插入凹 支撐構件21處於自基板10稍浮起的狀態》即便是這 況’反射面26,27是以既定角度形成，故仍能將光波 13與光檢測部34、及光波導路13與發光部37以高精 位。 因此’自發光部37射出的光，係在發送光反射面 • 射，以高精度導入光波導路13。又，自光波導路13射 . 光’係在接収光反射面27反射，以高精度射入光檢測若 φ 如上述，於基板10插入基部構件20之插入部22 發光構件3 0 (圖中符號爲3 1)後，如第1 1 (c)圖所示，於 構件20之支撐部21之上面以覆晶方式接合LS 140。 將設於基部構件20之金屬化圖案23與設於基板10之 化圖案1 1以接合線W連接。藉此方式能製造光配線基 以上，已就本發明適當的實施形態加以說明，但本 並不限定於上述實施形態。例如，上述實施形態中， 基部構件之插入部直接搭載受發光構件，但亦可透過 φ 件用配線基板搭載光元件。第1 2圖，係顯示這種形態 子。如第12圖所示，於配線基板60之端部分別安裝 檢測元件（光元件）61及發光元件（光元件）62。於配線 60形成有未圖示之配線圖案。配線基板60藉覆晶接合 接合於基部構件20之插入部22之下面，故透過配線 6〇搭載光檢測元件6 1及發光元件62。能作成這種形 光配線基板。 又，上述實施形態中，於各個凹部12設有發光元 光檢測元件，但亦可作成僅設有發光元件或光檢測元 5 12, 種情 導路 度定 26反 出的 15 3 4° 及受 基部 ]時， 金屬 板1。 發明 是於 光元 的例 有光 基板 方式 基板 態之 件及 件的 -16- 1353669 f 形態。再者’亦可於上述實施形態之光二極體陣列設置簡 單的放大器，或於雷射二極體陣列內建簡單的驅動器。設 置這些放大器 '驅動器，便能將LSI作成簡單的構成。再 者’基板10之光波導路13除了具有配線機能之外，亦可 嵌入波長分離機能、以及分路機能等以作爲光波導路之機 能。 • 以上，如上述說明，上述光配線基板1，係具備光波導 . 路基板10'基部構件20、光元件基板30、及貫通電極 φ 28(29)’該光波導路基板1〇具有複數個凹部12及用來連接 該等凹部12間的光波導路13，該基部構件20具有塞住各 個凹部12開口且爲朝向凹部底面突出的插入部22,該光元 件基板30具有安裝於基部構件20凹部側之頂面的光元 件’該貫通電極28(2 9)將基部構件20在厚度方向貫穿，並 在電路上連接於光元件基板30。此外，插入部22之側面具 有反射膜26(27 )，光元件基板30與光波導路13是透過反 射膜2 6 (2 7)以光·學的方式結合著。該光配線基板1，當基部 ^ 構件之插入部插入凹部時，反射面與光波導路容易定位》 產業上之利用可能性 本發明可利用於光配線基板及光配線基板之製造方法。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明實施形態之光配線基板之要部槪略立體 圖。 第2圖係本發明實施形態之光配線基板之要部槪略側視 剖面圖。 第3圖係本發明實施形態之光配線基板之整體俯視圖。 -17- 1353669

23C 圖 案 配 線 24 第 1 傾 斜 面 25 第 2 傾 斜 面 26 發 送 光 反 射 面 27 接 収 光 反 射 面 28 光 二 極 體 連 接 用 貫 通電極 29 雷 射 連 接 用 貫 通 電 極 30 受 發 光 構 件 3 1 第 1 光 二 極 體 陣 列 32 第 2 光 二 極 體 陣 列 33 雷 射 二 極 體 陣 列 34 光 檢 測 部 37 發 光 部 40 LSI 50 基 部 構 件 母 材 5 1 凸 部 52 凹 部 53 貫 通 電 極 54 配 線 圖 案 55 反 射 面 56 分 割 線 57 基 板 母 材 W 接 合 線

Claims (1)

1353669 十、申請專利範圍： 一種光配線基板，具備有： 具有基板、光波導路、複數個基部構件、光元件、貫 通電極及反射面；. 該基板，形成有複數個凹部； 該光波導路，形成於基板並配置於複數個凹部彼此間； 該基部構件，具有插入部及支撐部，該插入部形成有 傾斜面，用來插入凹部，該支撐部則用來支撐插入凹部之 插入部； 該光元件，安裝於該基部構件之插入部並配置於基板 凹部之內側； 該貫通電極，用來貫穿該基部構件中之安裝有光元件 的面、及該面相反側的面； 該反射面，設於插入部之傾斜面； 該光配線基板之特徵在於： 將該基部構件之插入部插入凹部而使該反射面與該光 波導路定位，且 該反射面之傾斜角度係調整成使該光波導路與該光元 件之間的光路呈一致的角度。 2_如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，配置於該 光波導路一端側凹部的光元件爲發光元件，而配置於該光 波導路另一端側凹部的光元件爲光檢測元件。 3. 如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，於一處凹 部設有作爲光元件之發光元件及光檢測元件》 4. 如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，該光元件， -20- 1353669 係透過配線基板而搭載於該基部構件。 5. 如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，該光元件 直接搭載於該基部構件。 6. 如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，該基部構 件爲矽基板。 7 ·如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，該傾斜面， 係藉非等向性蝕刻來形成。 8. 如申請專利範圍第1項之光配線基板，其中，自俯視該 凹部之方向所見的插入部及凹部之形狀，係呈多角形。 9. 一種光配線基板之製造方法，其特徵在於包含下列工程： 於基板形成光波導路之工程； 於基板上之該波導路上形成複數個凹部之工程： 製造複數個基部構件之工程，該基部構件具有插入部及 支撐部，該插入部形成有傾斜面’，用來插入凹部，該傾斜 面之傾斜角度使光波導路與光元件間之光路一致，該支撐 •部被基板之表面所支撐，用來支撐插入凹部之插入部； 於傾斜面形成反射面之工程； 設置貫通電極之工程，該貫通電極用來貫穿該基部構件 之安裝有光元件之面、及該面相反側之面： 將配置於基板凹部之光元件安裝於該基部構件之插入 部之工程；以及 將該基部構件之插入部插入凹部而將反射面與光波導 路加以定位之工程。 10.如申請專利範圍第9項之光配線基板之製造方法，其 中，該基部構件，係在形成具有該複數個基部構件連 -21 - 1353669 續的基部構件母材之後，藉由切割該基部構件母材所 製造而成。 11. 如申請專利範圍第9項之光配線基板之製造方法，其 中，該基部構件之該傾斜面，係藉非等向性蝕刻所形成。 12. —種光配線基板， 具備光波導路基板 '基部構件、光元件基板及貫通電 極； 該光波導路基板，具有複數個凹部及用來連接凹部間 的光波導路； 該基部構件，具有塞住各凹部之開口且爲朝向凹部之 底面突出的插入部； 該光元件基板，具有安裝於基部構件凹部側頂面的光 元件； 該貫通電極，將該基部構件在厚度方向貫穿，並電氣 連接於光元件基扳之光元件； 該光配線基板之特徵在於： 該插入部之側面具有反射膜，該光元件與該光波導路 係透過反射膜以光學的方式結合。 -22-